2021年物理高考真题卷-河北（含答案解析）

2021年河北省普通高中学业水平选择性考试物理一、单项选择题:本题共7小题,每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。1.银河系中存在大量的铝同位素S6A1.26A1核丁衰变的衰变方程为碧Alf：；Mg+?e,测得28Al核的半衰期为72万年。下列说法正确的是26A1核的质量等于26Mg核的质量26A1核的中子数大于26Mg核的中子数C.将铝同位素26Al放置在低温低压的环境中，其半衰期不变D.银河系中现有的铝同位素26Al将在144万年后全部衰变为“Mg.钠原子钟是精确的计时仪器。图1中艳原子从。点以100m/s的初速度在真空中做平抛运动,到达竖直平面版V所用时间为尔图2中艳原子在真空中从尸点做竖直上抛运动,到达最高点。再返回P点,整个过程所用时间为人0点到竖直平面MN、。点到。点的距离均为0.2mo重力加速度取g=10m/s；则t、：tz为图1图2A.10071B.1100C.1/200D.200/1.普朗克常量h=&.626X10'J-s,光速为c,电子质量为则」-在国际单位制下的单位是mecA.J/sB.mC.J•mD.m/s.“祝融号”火星车登陆火星之前，“天问一号”探测器沿椭圆形的停泊轨道绕火星飞行，其周期为2个火星日。假设某飞船沿圆轨道绕火星飞行，其周期也为2个火星日。已知一个火星日的时长约为一个地球日，火星质量约为地球质量的0.1倍,则该飞船的轨道半径与地球同步卫星的轨道半径的比值约为A.V4 B.平 C.平D.平勺4 勺5.如图,距离为d的两平行金属板P、。之间有一匀强磁场,磁感应强度大小为反,一束速度大小为r的等离子体垂直于磁场喷入板间。相距为L的两光滑平行金属导轨固定在与导轨平面垂直的匀强磁场中,磁感应强度大小为殳导轨平面与水平面夹角为色两导轨分别与只0相连。质量为加、电阻为"的金属棒助垂直导轨放置，恰好静止。重力加速度为g,不计导轨电阻、板间电阻和等离子体中的粒子重力。下列说法正确的是A.导轨处磁场的方向垂直导轨平面向上，右嘿誓B1B2LaB.导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下，C.导轨处磁场的方向垂直导轨平面向上，『李萼D.导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下，v誓萼BlB2La6.一半径为"的圆柱体水平固定，横截面如图所示。长度为n柩不可伸长的轻细绳，一端固定在圆柱体最高点尸处，另一端系一个小球。小球位于0点右侧同一水平高度的0点时,绳刚好拉直。将小球从。点由静止释放，当与圆柱体未接触部分的细绳竖直时，小球的速度大小为(重力加速度为g,不计空气阻力)A.J(2+n)gRB.」2"gRC.j2(l+n)gRD.2阿.如图,两光滑导轨水平放置在竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度大小为反导轨间距最窄处为一狭缝,取狭缝所在处。点为坐标原点。狭缝右侧两导轨与x轴夹角均为以一电容为。的电容器与导轨左端相连。导轨上的金属棒与x轴垂直,在外力厂作用下从0点开始以速度/向右匀速运动，忽略所有电阻。下列说法正确的是A.通过金属棒的电流为26cMtan。.金属棒到达加时，电容器极板上的电荷量为BCvxotan6C.金属棒运动过程中，电容器的上极板带负电D.金属棒运动过程中，外力尸做功的功率恒定二、多项选择题:本题共3小题,每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有两个或两个以上选项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全的得3分，有选错的得0分。.如图，发电机的矩形线圈长为2£、宽为工,匝数为A；放置在磁感应强度大小为6的匀强磁场中。理想变压器的原、副线圈匝数分别为外、功和他，两个副线圈分别接有电阻用和尼。当发电机线圈以角速度。匀速转动时,理想电流表读数为Zo不计线圈电阻,下列说法正确的是A.通过电阻尼的电流为过B.电阻是两端的电压为皿C.m与功的比值为生警【Rid.发电机的功率为逆空型g也如图,矩形金属框网在竖直放置,其中MN、用足够长,且图杆光滑。一根轻弹簧一端固定在〃点，另一端连接一个质量为勿的小球，小球穿过图杆。金属框绕刈轴分别以角速度。和3'匀速运动时，小球均相对PQ杆静止。若。则与以。匀速转动时相比，以。’匀速转动时A.小球的高度一定降低B.弹簧弹力的大小一定不变C.小球对杆压力的大小一定变大D.小球所受合外力的大小一定变大.如图，四个电荷量均为0((73)的点电荷分别放置于菱形的四个顶点,其坐标分别为(4/,0)、(Y/,0)、(0,㈤和(0,』)，其中x轴上的两个点电荷位置固定,y轴上的两个点电荷可沿y轴对称移动(外工0)。下列说法正确的是才'、0 *4•.A.除无穷远处之外,菱形外部电场强度处处不为零B.当分取某值时,可使得菱形内部只存在两个电场强度为零的点C.当时，将一带负电的试探电荷由点(4/,51)移至点(0,-3/),静电力做正功D.当刘=/时，将一带负电的试探电荷放置在点(/,/)处,其所受到的静电力方向与“轴正方向成45°倾斜向上三、非选择题:共54分。第1114题为必考题,每个试题考生都必须作答。第1516题为选考题，考生根据要求作答。(一)必考题:共42分。.(6分)某同学研究小灯泡的伏安特性，实验室提供的器材有:小灯泡(6.3V,0.15A)、直流电源(9V)、滑动变阻器、量程合适的电压表和电流表、开关和导线若干，设计的电路如图1所示。(D根据图1,完成图2中的实物连线。图1图2(2)按照图1连线后，闭合开关，小灯泡闪亮一下后熄灭,观察发现灯丝被烧断,原因可能是(单项选择,填正确答案标号)。A.电流表短路B.滑动变阻器的滑片接触不良C.滑动变阻器滑片的初始位置在6端//mA（3）更换小灯泡后,该同学正确完成了实验操作,将实验数据描点作图，得到/-〃图像,其中一部分如图3所示。根据图像计算出尸点对应状态下小灯泡的电阻为Q（保留三位有效数字）。.（9分）某同学利用图1中的实验装置探究机械能变化量与力做功的关系。所用器材有:一端带滑轮的长木板、轻细绳、50g的钩码若干、光电门2个、数字计时器、带遮光条的滑块（质量为200g,其上可放钩码）、刻度尺。当地重力加速度为9.80m/s2»实验操作步骤如下：①安装器材,调整两个光电门距离为50.00cm,轻细绳下端悬挂4个钩码,如图1所示；②接通电源,释放滑块,分别记录遮光条通过两个光电门的时间，并计算出滑块通过两个光电门的速度；③保持绳下端悬挂4个钩码不变,在滑块上依次增加一个钩码,记录滑块上所载钩码的质量,重复上述步骤；④完成5次测量后，计算出每次实验中滑块及所载钩码的总质量.伏系统（包含滑块、滑块所载钩码和轻细绳悬挂钩码）总动能的增加量△氐及系统总机械能的减少量A£■,结果如下表所示。<4g0.2000.2500.3000.3500.400Afi/r0.5870.4900.3920.2940.1950.3930.4900.6860.785回答下列问题：（1）实验中轻细绳所悬挂钩码重力势能的减少量为J（保留三位有效数字）;（2）步骤④中的表格所缺数据为;（3）以〃为横轴，A£■为纵轴,选择合适的标度,在图2中绘出△尺〃图像；图2若忽略实验中其他摩擦力做功,则滑块与木板之间的动摩擦因数为（保留两位有效数字）。.（11分）如图,一滑雪道由46和笈两段滑道组成,其中46段倾角为0,笈段水平,48段和优段由一小段光滑圆弧连接。一个质量为2kg的背包在滑道顶端｛处由静止滑下，若1s后质量为48kg的滑雪者从顶端以1.5m/s的初速度、3m/s?的加速度匀加速追赶，恰好在坡底光滑圆弧的水平处追上背包并立即将其拎起。背包与滑道的动摩擦因数为〃磊,重力加速度取g=10m/s?,sin。磊,cos，卷,忽略空气阻力及拎包过程中滑雪者与背包的重心变化。求：（1）滑道46段的长度；（2）滑雪者拎起背包时这一瞬间的速度。R.（16分）如图,一对长平行栅极板水平放置，极板外存在方向垂直纸面向外、磁感应强度大小为6的匀强磁场，极板与可调电源相连。正极板上。点处的粒子源垂直极板向上发射速度为的、带正电的粒子束,单个粒子的质量为加、电荷量为小一足够长的挡板。"与正极板成37°倾斜放置,用于吸收打在其上的粒子。C、P是负极板上的两点，C点位于0点的正上方,尸点处放置一粒子靶（忽略靶的大小），用于接收从上方打入的粒子，"长度为4忽略栅极的电场边缘效应、粒子间的相互作用及粒子所受重力,sin37°（1）若粒子经电场一次加速后正好打在尸点处的粒子靶上，求可调电源电压4的大小;（2）调整电压的大小,使粒子不能打在挡板0M上,求电压的最小值““；（3）若粒子靶在负极板上的位置。点左右可调，则负极板上存在从S两点、（C收CP〈CS,H、S两点未在图中标出），对于粒子靶在能区域内的每一点，当电压从零开始连续缓慢增加时,粒子靶均只能接收到n（〃22）种能量的粒子，求）和仃的长度（假定在每个粒子的整个运动过程中电压恒定）。（二）选考题:共12分。请考生从2道题中任选一题作答。如果多做,则按所做的第一题计分。.[选修3-3]（12分）（1）（4分）两个内壁光滑、完全相同的绝热汽缸/、6,汽缸内用轻质绝热活塞封闭完全相同的理想气体，如图1所示。现向活塞上表面缓慢倒入细沙,若A中细沙的质量大于6中细沙的质量,重新平衡后,汽缸A内气体的内能（填"大于""小于‘'或''等于"）汽缸6内气体的内能。图2为重新平衡后46汽缸中气体分子速率分布图像,其中曲线（填图像中曲线标号）表示汽缸6中气体分子的速率分布规律。各速率区间的分子数（2）（8分）某双层玻璃保温杯夹层中有少量空气,温度为27C时,压强为3.0X10,Pa。（i）当夹层中空气的温度升至37℃,求此时夹层中空气的压强；（ii）当保温杯外层出现裂隙,静置足够长时间,求夹层中增加的空气质量与原有空气质量的比值,设环境温度为27C,大气压强为1.0X10$Pa。16.[选修3Y]（12分）（1）（4分）如图,一弹簧振子沿x轴做简谐运动。振子零时刻向右经过4点,2s时第一次到达6点，已知振子经过4、夕两点时的速度大小相等,2s内经过的路程为0.6m,则该弹簧运动的周期为s,振幅为_nio（2）（8分）将两块半径均为爪完全相同的透明半圆柱体46正对放置，圆心上下错开一定距离，如图所示。用一束单色光沿半径照射半圆柱体4设圆心处入射角为。。当0°时，/右侧恰好无光线射出；当。力0°时，有光线沿8的半径射出;射出位置与小的圆心相比下移瓦不考虑多次反射。求：(i)半圆柱体对该单色光的折射率;(ii)两个半圆柱体之间的距离&题号12345678910答案CCBDBAABCBDACD.C【关键能力】本题通过原子物理知识考查考生的理解能力。【解题思路】核反应中有质量亏损,生成物的总质量小于反应物的总质量,可知铝核的质量大于镁核的质

量,选项A错落Al和转悔中子数分别为13和14,选项B错;半衰期只与原子核本身有关,与所处化学状态和

外部条件无关,选项C对;144万年为转A1的2个半衰期,还剩余土的铝同位素26Al没有发生衰变,选项D错。【解题指导】核反应注意抓住质量数守恒和电荷数守恒、质量数为质子数和中子数的总和，同时注意核反应类型的判定、质量亏损和核能的计算。.C【关键能力】本题通过平抛运动和竖直上抛运动考查考生的理解能力。【学科素养】本题体现的学科素养是物理观念中的运动观念。【解题思路】由题意知x=0.2m,v-100m/s,由做平抛运动的物体,水平方向做匀速运动有力,竖直上抛的物体,根据对称性可知上升时间和下降时间相等,则下降过程中有 解得X，选项C对。【规律总结】抓住竖直上抛运动中上升过程和下降过程的对称性,即上升和下降通过同一段路程的时间相等,上升和下降经过同一个位置的速度等大反向,解决问题事半功倍。.B【关键能力】本题考查国际单位制，考查考生的理解能力。【解题思路】根据光子能量若和质能方程£=勿/可知,勺和小?单位相同，则上和A的单位相同,单位为m,A A me选项B对,ACD错。4.D【关键能力】本题通过天体的运动考查考生的推理论证能力。【必备知识】本题考查万有引力定律的相关知识。【解题思路】卫星绕某星体做圆周运动，由万有引力提供向心力有粤=勿(?)2M可得工7,可知T MT"4nJW；二,簟，由题意知智力•1，兽之,联立解得誓eg选项d对,ABC错。，“火星7飞船M地原%步 M地津 ‘同步 “同步75 ,［易错辨析】开普勒第三定律只适用于中心天体相同的卫星,本题的中心天体分别为火星和地球,不能用开普勒第三定律求解。5.B【关键能力】本题通过带电粒子在磁场中的运动、在磁场中的平衡,考查考生的推理论证能力。【解题思路】等离子体在磁场中运动,设图两板间电压为U,有右印出,根据左手定则可知,金属板?带负电、金属板。带正电，由金属棒静止可知,金属棒受到的安培力沿导轨向上,根据左手定则可知磁场区垂直导轨平面向下,有BJL=mgsin以根据闭合电路欧姆定律有当,联立解得/普萼,选项B对,ACD错。R BiBzLdA【关键能力】本题通过小球的运动考查考生的推理论证能力。【必备知识】本题考查机械能守恒定律,需要考生灵活应用所学知识。【解题思路】相对初状态,末状态小球下降的高度h=R+(n斤对小球,根据机械能守恒定律有mgh与m九解得+2)gR,选项A对,BCD错。【关键一步】根据轻细绳总长不变得到与圆柱体接触部分细绳的长度,进而求出小球下降高度力是解题的关键。A【关键能力】本题考查考生的推理论证能力。【必备知识】本题考查法拉第电磁感应定律、电容定义式、直线运动规律、右手定则、功率等知识点。【解题思路】金属棒向右运动时间t时位移此时产生的感应电动势£=8・(2xtan0)v=(2Bvtan0)t,又根据电容器的带电荷量q=CE,可知电流/当之aVtan9,选项A对;根据上述分析可知，金属棒到达刖时电动势氏=(28ktan，)班,此时电容器的带电荷量例之aV<fi>tan〃，选项B错；根据右手定则可知电容器上极板带正电,选项C错;根据上述分析可知,金属棒中电流/恒定,磁感应强度夕和「都恒定,又外力尸与安培力等大反向，则外力做功的功率P=BILv2BWttanS,可知外力尸做功的功率随时间增加,选项D错。BC【关键能力】本题考查交流电的产生、变压器原理和欧姆定律,考查考生的模型建构能力和推理论证能力。【解题思路】 设通过电阻尼的电流为12,原线圈两端电压为优,则可得曾外,且粤』2,解得1普1,A错/2n2n2iRini 九/2误；电阻用两端电压为用红色,B正确;矩形线圈转动产生的交流电电动势最大值瓦押。(2/乂力，则原nl线圈两端电压有效值4-②祝2根据变压器原理有多业,结合/(!解得如卫警i,选项C对;若发电机的U。n0 RiThlRt功率为尸也竺立止也,根据变压器原副线圈两端的电压比等于匝数比,可得「也叫四吆2,又n0 Uo以电阳亡3,可得〃=/(〃+4)=1仄+1%由A项分析可知通过电阻尼的电流不是I,故选项D错。【易错辨析】变压器原理中，对于一个原线圈一个副线圈的情况，才有电流比等于匝数比的反比，而对于一个原线圈、多个副线圈来说，电流比等于匝数比的反比是不成立的。变压器的输入功率和输出功率相等、匝数比等于电压比是解决问题的根本。BD【关键能力】本题需要考生分析小球做圆周运动过程中的受力情况，考查考生构建物理模型解决问题的能力。【必备知识】本题考查匀速圆周运动、胡克定律等,需要考生找出向心力的来源，它是由杆对小球的弹力和弹簧弹力的水平分力提供的，同时小球在竖直方向上受力平衡。【解题思路】 小球做匀速圆周运动，小球所受合外力充当向心力，即F*=m3?r,角速度增大,小球做圆周运动的半径r不变,故合力一定变大,D项正确;设弹簧弹力为F,与竖直方向夹角为0,在竖直方向上,佗os0小球角速度增大时,若小球高度降低,则弹簧形变量增大，"减小,竖直方向弹簧弹力的竖直分力大于重力，小球在竖直方向无法平衡,可知小球高度不可能降低，同理，小球高度也不会升高,故弹簧弹力不变,A项错误,B项正确;在水平方向上,设小球受到杆的弹力大小为Fy,当咫in，加37时,有Ain0-Fx-m^'r,当3逐渐增大时,片先减小后增大,可知C项错误。10.ACD【关键能力】 本题考查考生对点电荷场强和点电荷产生的电场中电势的分析，考查考生的推理论证能力。【必备知识】本题主要考查点电荷产生的电场的场强及场强的叠加，点电荷产生的电场中某点的电势的叠加，以及静电力做功与电势差的关系。（解题思路】由点电荷周围电场线分布特点可知除无穷远处外,合场强不可能为零,A项正确;根据对称性可知,若菱形内部除坐标原点。场强为零外还存在另一场强为零的位置,则该点关于坐标原点、坐标轴的对称点的场强也将为零,B项错;离正电荷越近，电势越高,当外3/时，点（41,57）到四个点电荷的距离依次为5人健/、5人71^/,而（0,-3/）至晒个点电荷的距离依次为5人51、11人5/,因此点（41,5/）的电势低于点（0,-37）的电势，所以负电荷由（4/,5/）移动到（0,-3/）电势能减小，静电力做正功,C正确；当为为/时，负试探电荷在点（/,/）处受到四个点电荷的库仑力作用，设负试探电荷的带电荷量大小为S,则/、y正半轴上的两点电荷对负试探电荷的库仑力大小均为七德黑,结合几何关系可得二者的合力为£三架,方向为与x轴成45°"102）21012 15V5斜向右上方，同理可得X、y负半轴上的两点电荷对负试探电荷的合力为E笔舞,方向为与X轴成45°斜向左下方,A次,则可知该试探电荷所受的合静电力方向与“轴正方向成45。倾斜向上,D正确。1L【参考答案】（1）如图所示（2分）（2）C（2分）（3）27.0（2分）【关键能力】本题通过探究小灯泡的伏安特性实验考查考生的实验探究能力。【必备知识】本题考查电学实验的实物图连线、故障分析等，需要考生通过小灯泡的伏安特性曲线和欧姆定律计算特定状态下灯丝的电阻。【解题思路】（1）根据电路图由电流流向依次连接各元件,如答图所示。（2）电流表本身电阻很小，短路对电路影响很小,A项错;滑动变阻器滑片接触不良,则待测量的电路处于断路状态，灯泡不会闪亮,B项错;滑动变阻器滑片初始位置在6端时,小灯泡两端电压接近电源电动势,而电源电动势大于小灯泡额定电压，故可能会出现闪亮后熄灭的现象,C项正确。（3）。点对应的状态下，小灯泡两端电压为2.0V,通过灯泡的电流为74mA,所以此时小灯泡的电阻度—Q*27.0Q。/0.074.【参考答案】（1）0.980（2分）（2）0.588（2分）（3）如图所示（2分）0.40（0.38»42均可,3分）【关键能力】本题通过探究机械能变化量与力做功的关系实验考查考生的实验探究能力。【解题思路】（1）所悬挂4个钩码重力势能减少量AEN0gd4）.980J;（2）实验过程中，悬挂钩码重力势能的减少量等于系统总动能增加量A瓦与系统总机械能减少量△£之和，所以步骤④中表格所缺数据为AER.980J-0.392J=0.588J;（3）根据图表中相关数据在坐标纸上描点，用直线拟合各点，如图所示,根据功能关系有AE=rMgL,则A 图像的斜率为公〃以壬号震J/kg=l.96J/kg,解得〃=0.40.0.400—0.200.【关键能力】本题结合追及相遇问题考查考生的推理论证能力。【必备知识】本题考查牛顿第二定律、匀变速直线运动规律的应用。解：（1）背包下滑过程中，由牛顿第二定律有mgsin0-p/ngcos。初ai（l分）解得背包在滑道四段的加速度a?m/s2（l分）设四段长为L,滑到底端所用时间为t,故有分）对滑雪者，有八°（tTs）s）z（l分）解得m（2分）（2）滑雪者滑到4点时的速度/产的依（LIs）（1分）背包滑到底端8点时的速度v2=ait（］.分）对滑雪者拎起背包的过程，由动量守恒定律有Mv\+mvz=（M+而r（l分）解得滑雪者拎起背包瞬间的速度〃=7.44in/s（2分）.【关键能力】 本题通过带电粒子在匀强电场、匀强磁场中的运动,考查考生的推理论证能力。解：（1）粒子由。到C的过程,根据动能定理有qUo^mv（1分）根据几何关系可知带电粒子在磁场中做圆周运动的轨迹半径nf4（1分）根据牛顿第二定律有（74等（1分）联立解得4月也乎（2分）8m2q（2）恰好不打在QV上的粒子的运动轨迹如图所示,设粒子在上方磁场的轨迹半径为小在下方磁场中的轨迹半径为n,则科号福分）分）粒子进入下方磁场的速度为九则gwb用理（1分）r2根据几何关系有2c=r2Th（1分）sm37联立解得％“二警（2分）18q（3）根据题意可知，当粒子在下方磁场中的运动轨迹与。"刚好相切时,再进入上方磁场做圆周运动,从上方打在板上,与上板交点为〃此位置为距C最近且满足题意的位置,如图所示,设在上方磁场中运动的轨迹半径为在下方磁场有分）可得投当（1分）根据几何关系有一924c可得r,^（l分）sm37 3则由=2rH2r「2及」也也（1分）3qB当电压在此值基础上再增大时,在〃右侧均可满足题意，故65趋近于8（1分）.（1）【参考答案】大于（2分）①（2分）【关键能力】本